Zastosowania aptamerów w neurologii, część 3

3.2.2. Terapia PD

Aby złagodzić objawy choroby Parkinsona (PD), wybrano dwa 58-nukleotydowe aptamery DNA specyficzne dla ludzkiego -syn o wartościach Kd w zakresie nanomolowym (2,4 nM i 3,1 nM).

Choroba Parkinsona jest przewlekłą i postępującą chorobą neurologiczną, która objawia się głównie sztywnością kończyn, drżeniem i zaburzeniami ruchu, ale może również wpływać na pamięć pacjenta. Nie powinniśmy jednak dać się wciągnąć w negatywne nastawienie, ponieważ istnieje kilka sposobów poprawy pamięci u osób cierpiących na chorobę Parkinsona.

Po pierwsze, ćwiczenia fizyczne są skutecznym sposobem na poprawę zdolności poznawczych i myślenia u osób z chorobą Parkinsona. Badania wykazały, że umiarkowane ćwiczenia mogą pomóc poprawić zdolności poznawcze i pamięć roboczą u pacjentów z chorobą Parkinsona. Dzieje się tak, ponieważ ćwiczenia mogą pobudzić krążenie krwi i dopływ tlenu, zwiększając w ten sposób liczbę i połączenia neuronów w mózgu oraz wzmacniając „plastyczność” neuronów, poprawiając w ten sposób pamięć.

Po drugie, poprawa jakości snu może również poprawić pamięć u pacjentów z chorobą Parkinsona. Sen to krytyczny okres dla mózgu, w którym konsoliduje i dostosowuje wspomnienia, a osoby cierpiące na chorobę Parkinsona często doświadczają bezsenności. Dlatego stworzenie cichego, komfortowego środowiska przed snem i utrzymanie regularnego harmonogramu snu może sprzyjać lepszemu wypoczynkowi i lepszej wydajności pamięci.

Ponadto osoby cierpiące na chorobę Parkinsona mogą rozważyć techniki poprawiające pamięć, takie jak tworzenie list i robienie notatek. Techniki te mogą pomóc osobom cierpiącym na chorobę Parkinsona lepiej zarządzać zadaniami pamięciowymi i informacjami, co prowadzi do lepszej wydajności pamięci.

Wreszcie należy zachęcać osoby chore na chorobę Parkinsona do udziału w wydarzeniach towarzyskich i zajęciach grupowych. Doświadczenia te mogą pomóc pacjentom utrzymać aktywność i stymulację umysłu, poprawić ich pewność siebie i poczucie własnej wartości, a tym samym lepiej radzić sobie z problemami z pamięcią występującymi w chorobie Parkinsona.

Ogólnie rzecz biorąc, chociaż choroba Parkinsona może wpływać na zdolność pamięci, przyjęcie odpowiedniego podejścia polegającego na promowaniu ćwiczeń fizycznych, poprawie snu, rozwijaniu umiejętności zapamiętywania i prowadzeniu aktywnego życia towarzyskiego może pomóc pacjentom poprawić pamięć i funkcje poznawcze. I utrzymuj pozytywne nastawienie do życia. Widać, że trzeba poprawić pamięć, a Cistanche desericola potrafi znacząco poprawić pamięć, bo Cistanche desericola potrafi także regulować równowagę neuroprzekaźników, np. zwiększać poziom acetylocholiny i czynników wzrostu. Substancje te są bardzo ważne dla pamięci i uczenia się. Ponadto Cistanche desericola może również poprawić przepływ krwi i promować dostarczanie tlenu, co może zapewnić mózgowi odpowiednią ilość składników odżywczych i energii, poprawiając w ten sposób witalność i wytrzymałość mózgu.

Kliknij i poznaj sposoby na poprawę swojej pamięci

Aptamery te skutecznie zmniejszały agregację in vitro, a oba aptamery wzmocniły wewnątrzkomórkową degradację grupy -syn. W rezultacie udało się naprawić dysfunkcję mitochondriów i defekty komórkowe spowodowane nadekspresją tego białka [107].

Ta sama grupa badała działanie tych aptamerów in vivo. Aby przenieść aptamery przez BBB, upakowano je w egzosomach z peptydami glikoproteinami wirusa wścieklizny (RVG) specyficznymi dla neuronów.

Zaobserwowali, że w modelu mysim akumulacja -syn oraz deficyty neuropatologiczne i behawioralne uległy zmniejszeniu, a zaburzenia motoryczne uległy poprawie [108]. Chociaż badanie to podkreśla potencjał terapeutyczny aptamerów, potrzebne są dalsze badania ukierunkowane na inne białka związane z chorobą Parkinsona, takie jak DJ-1, LRRK2, DRP-1 i Rab GTPazy, a także -syn.

3.3. Stwardnienie rozsiane

Stwardnienie rozsiane (SM) to choroba autoimmunologiczna, w przebiegu której ulegają zniszczeniu osłonki mielinowe otaczające aksony neuronalne w mózgu i rdzeniu kręgowym. Postęp choroby jest wysoce nieprzewidywalny i oporny na leczenie na późniejszych etapach.

Charakterystyczną patologią choroby jest nieprawidłowa aktywacja mikrogleju i astrocytów, w wyniku której powstają oligodendrocyty i zwyrodnienie komórek nerwowych.

Chociaż nie ma skutecznego leku ani diagnozy tej choroby, liczba chorych na stwardnienie rozsiane na świecie przekracza 2,5 miliona [109]. Specyficzne biomarkery, które mogłyby zidentyfikować stwardnienie rozsiane na wczesnym etapie jego rozwoju, są niedostępne, terapie przeciwzapalne okazały się nieskuteczne i zapobiegają jedynie nawrotom.

3.3.1. Diagnostyka stwardnienia rozsianego

Potencjalne rozwiązanie problemu diagnostycznego pochodzi z badania pacjentów ze stwardnieniem rozsianym i zdrowych ochotników jako kontroli, przy użyciu zmodyfikowanych aptamerów DNA (SOMAscan®) w celu pomiaru ponad 1000 białek w płynie mózgowo-rdzeniowym.

Około połowę z 431 obiektów wykorzystano jako zestaw szkoleniowy, a drugą połowę jako zestaw do walidacji w celu przetestowania zdolności predykcyjnej zidentyfikowanych klastrów biomarkerów. Ten zaślepiony ekran zidentyfikował skupisko astrocytów 8 (SERPINA3, MMP7, CLIC1 i GZMA) i skupisko mikrogleju 2 (TNFRSF25 i DSG2), które są podwyższone w stwardnieniu rozsianym i istotnie skorelowane z ciężkością stwardnienia rozsianego [110].

Białka klastra astrocytów pokrywają się z tymi, które są powiązane z astrocytami neurotoksycznymi (A1) i wykazano, że są wydzielane in vitro przez pierwotne komórki jednojądrzaste krwi obwodowej w odpowiedzi na lipopolisacharyd, bodziec zapalny. Ponieważ jest to zaburzenie autoimmunologiczne, obecność autoprzeciwciał odpowiedzialnych za w kierunku demielinizacji może być również podstawą rozpoznania stwardnienia rozsianego.

Opisano bioluminescencyjny mikrotest typu kanapkowego z fazą stałą do wykrywania autoprzeciwciał związanych z nieludzką surowicą związaną ze stwardnieniem rozsianym. Test ten opiera się na układzie kanapkowym pomiędzy dwoma autoprzeciwciałami przeciwko zasadowym białkom formyeliny swoistymi dla aptamerów RNA, jednym aptamerem związanym z powierzchnią, a drugim związanym z fotoproteiną, obeliną, jako reporterem.

Test obejmował 91 próbek surowicy od pacjentów ze stwardnieniem rozsianym i porównano go z 86 próbkami surowicy od zdrowych osób. Na podstawie krzywej odbiorca-operator, z polem pod krzywą wynoszącym 0,87, kliniczną wartość progową zdefiniowano jako czułość 64% i swoistość 94%.

Ujemna wartość predykcyjna (NPV) wynosząca 96% i współczynnik wiarygodności wynoszący 10,96 potwierdzają wartość diagnostyczną tego testu w badaniu stwardnienia rozsianego [111].

3.3.2. Terapia stwardnienia rozsianego

Wykazano, że wiązanie naturalnych przeciwciał IgM z oligodendrocytami sprzyja remielinizacji zmian w OUN u myszy [112]. Jednakże zastosowanie przeciwciał IgM w leczeniu stwardnienia rozsianego in vivo jest ograniczone ze względu na ich rozmiar, złożoność i immunogenność.

Dlatego bardzo interesujące jest odkrycie małych cząsteczek, które są specyficzne dla mieliny i mają potencjał do wykorzystania w terapeutycznej remielinizacji. W tym celu zidentyfikowano40-aptamer nukleotydowego DNA, LJM-3064.

Jego wstrzyknięcie dootrzewnowe spowodowało pobudzenie remielinizacji w uszkodzeniach OUN u myszy. Należy zauważyć, że LJM3064 ma kwadrupleks G tworzący sekwencję bogatą w guanozynę. W innym badaniu ten sam aptamer LJM-3064 funkcjonalizowano kwasem karboksylowym i sprzężono z grupami aminowymi powierzchni egzosomu.

Wykazano, że koniugacja ta sprzyja proliferacji pewnego rodzaju komórek glejowych, oligodendrocytów, które odgrywają ważną rolę w tworzeniu osłonki mielinowej. Kiedy komórki podawano samicom myszy, odpowiedź zapalna została stłumiona, a zmiany w OUN uległy zmniejszeniu.

System zapewnia nowe podejście w skutecznej rzeczywistości klinicznej do leczenia ciężkości stwardnienia rozsianego za pomocą aptamerów LJM-3064 [113]. Zatem LJM-3604 może być alternatywą dla przeciwciał monoklonalnych w leczeniu MS [114,115].

3.4. Stwardnienie zanikowe boczne

W różnych chorobach wykazano rozregulowanie lub zmianę poziomów ekspresji receptorów. Nieprawidłowo aktywowane receptory AMPA, które są związane ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS), są potencjalnymi kandydatami na leki do leczenia ALS.

RNAaptamer AN58, skierowany przeciwko receptorowi flip AMPA GluR2Q, kompetycyjnie hamuje receptor. Jego nanomolowe powinowactwo jest lepsze niż NBQX, jednego z obecnie najlepszych inhibitorów konkurencji. AN58 wykazał najwyższe powinowactwo do GluR2 i wyższą selektywność do GluR4 spośród wszystkich podjednostek receptora AMPA. Krótko mówiąc, AN58 jest potencjalnym inhibitorem o powinowactwie nM do receptorów GluR2 AMPA [116].

Inną cechą patologii ALS jest toksyczna akumulacja białka 43 wiążącego DNA TAR (TDP-43). Interakcja TDP-43 z RNA skutkuje regulacją transkrypcji, składania, transportu i translacji RNA. Zacco i in. wykazało, że natywnych partnerów TDP-43 można wykorzystać do hamowania jego agregacji.

To hamowanie zachodzi w sposób zależny od długości, tak że krótsze oligo zakłócają agregację lepiej niż długie. Ich badanie wskazuje na możliwość zwiększenia rozpuszczalności białek poprzez naturalną interakcję, która może zostać zaadaptowana jako nowe podejście terapeutyczne [117].

3.5. Choroba Huntingtona

Choroba Huntingtona (HD) jest nieuleczalną, dziedziczną chorobą neurodegeneracyjną, upośledzającą funkcje motoryczne i poznawcze. Białko Huntingtyna (HTT) jest niezbędne do rozwoju neuronów; jednakże niektóre mutacje prowadzą do rozwoju patologii HD. Zwiększenie liczby powtórzeń CAG powoduje wydłużenie odcinka poliglutaminowego HTT i przekształcenie go w białko atoksyczne, co powoduje HD.

Podobnie jak w przypadku AD i PD, hamowanie agregacji białek jest obiecującą strategią spowalniającą lub zatrzymującą postęp HD [118]. Jak wspomniano wcześniej, aptamery, jako mało immunogenne i nietoksyczne, okazują się solidnymi kandydatami do zakłócania interakcji białko-białko i hamowania toksycznej agregacji białek w takich chorobach. Aptamery RNA o wysokim powinowactwie wybrano względem monomerycznego mHTT (51Q-HTT) i wykazano, że działają skutecznie hamują jego agregację in vitro.

Takie hamowanie zmniejsza stres oksydacyjny w czerwonych krwinkach (RBC) i jest związane ze zmniejszonym wyciekiem fluorescencji indukowanej tioflawiną z liposomów.

Obecność aptamerów uratowała defekt endocytotyczny i zablokowała sekwestrację dehydrogenazy-3-fosfoaldehydu glicerynowego przez zagregowany mHTT w drożdżowym modelu choroby Huntingtona. Niektóre z tych aptamerów nie rozpoznawały niepatogennego 20Q-HTT, a niektóre zwiększały liczbę mHTT we frakcji rozpuszczalnej drożdży.

W przypadku koekspresji dwa skuteczne aptamery zwiększyły skuteczność hamowania agregacji i poprawiły przeżycie komórek. Badanie to sugeruje, że stosowanie aptamerów może być realną strategią spowolnienia przebiegu HD [119].

Rozciągnięcia lpoligamyamylowe powodują niewielkie zmiany w strukturze HTT 3D, co zmienia jego aktywność. Pośrednia modulacja uszkodzonej struktury przy użyciu tego wydłużonego regionu białka może zapewnić alternatywne podejście do leczenia.

Aptamery DNA tworzące G-kwadrupleks (MS1 do MS4), które wiążą się z mHTT, znacząco zmniejszają aktywację przez HTT podstawowej aktywności trimetylacji histonu H3 lizyny 27 (H3K27me3) kompleksu polikompresyjnego 2 (PRC2) w neuronalnych komórkach progenitorowych (NPC) od osoby z HD, ale nie u NPC od zdrowej osoby [120].

W tym badaniu z powodzeniem zastosowano aptamery DNA, aby preferencyjnie celować w mHTT i modulować jego aktywność. Te dwa przykłady dostarczają nowego, opartego na strukturze podejścia do skutecznego leczenia toksyczności mHTT.

3.6. Choroba prionowa

Pasażowalne encefalopatie gąbczaste (TSE) to rodzaj choroby neurodegeneracyjnej dotykającej ssaki poddane zabiegom EW. Czynnikiem patologicznym związanym z tymi chorobami jest błędnie sfałdowane białko prionowe (PrP).

Mechanizm(y) molekularny powodujący zmiany strukturalne, które przekształcają komórkowy PrP (PrPC) w patogenny konformer (PrPSc) są tylko częściowo poznane, przy czym najczęstszą hipotezą jest to, że molekularny kofaktor, działający jako katalizator, sprzyja przejściu z PrPC do PrPSc [121]. Zidentyfikowano trzy sekwencje aptamerów tworzących kwadrupleks G dla różnych form PrP [122].

Doniesiono, że te kwadrupleksy mają wysokie powinowactwo i specyficzność wobec PrP (Kd: 62 nM–630 nM) i słabe powinowactwo do oligomeru PrP, który naśladuje wczesny etap tworzenia PrPSc. Różne analizy, w tym ITC, SPR i spektroskopia CD, wykazały, że wiązanie PrP o wysokim powinowactwie powiązano ze strukturą kwadrupleksową, a do wiązania aptameru wymagane były domeny końcowe PrP.

Badanie to dostarczyło również dowodów na wzajemne rozwijanie kwasu nukleinowego i białka w wyniku ich interakcji. Aktywność PrP w zakresie poczwórnego nawijania została przeprowadzona przez wewnętrznie nieustrukturyzowaną domenę N-końcową, a DNA sprzyjało rozwijaniu domeny C-końcowej strukturyzowanej PrP.

3.7. Guzy mózgu

Guzy mózgu należą do najbardziej śmiertelnych form nowotworów. Na przykład około dwie trzecie dorosłych, u których zdiagnozowano glejaka wielopostaciowego (rodzaj raka mózgu) traci życie w ciągu dwóch lat. Guzy mózgu są również najczęstszymi i najbardziej śmiertelnymi ze wszystkich guzów litych u dzieci.

Dzieci, które przeżyją te nowotwory, często cierpią również z powodu długotrwałych konsekwencji niezbędnych interwencji medycznych, takich jak operacje i chemioterapia. Glejaki (glejaki wielopostaciowe, wyściółczaki, gwiaździaki i skąpodrzewiaki) stanowią prawie 80% wszystkich złośliwych guzów pierwotnych mózgu.

Glejak wielopostaciowy (GBM) to najczęściej obserwowany typ pierwotnego gwiaździaka, stanowiący prawie 60% wszystkich guzów mózgu u dorosłych [123]. Gliosarcoma, odmiana GBM, jest wysoce agresywną złośliwą postacią przerzutowego guza mózgu.

Chociaż techniki oparte na morfologii nowotworu (np. MRI, biopsja histopatologiczna) pozwalają na odróżnienie glejakomięsaka od innych GBM, wczesna diagnostyka tej agresywnej choroby jest nadal słaba, a przeżycie pacjentów po postawieniu diagnozy jest na ogół krótsze niż rok.

Ponadto konwencjonalne metody leczenia GBM, takie jak radioterapia, chemioterapia i ich kombinacje, nie są skuteczne. Nieprawidłowa aktywność komórek nowotworowych oraz ich oporność na chemioterapię i radioterapię są głównymi przyczynami wyższej śmiertelności GBM [124].

Zatem znaczącym postępem byłoby odkrycie specyficznych cząsteczek ukierunkowanych na glejaka mięsaka w celu wczesnej diagnostyki i leczenia wzmacniającego, np. poprzez hamowanie aktywności komórek GBM i zwiększoną wrażliwość na promieniowanie [125].

3.7.1. Obrazowanie mózgu

Leczenie guzów mózgu stanowi wyzwanie dla klinicystów ze względu na selektywną przepuszczalność BBB [126]. BBB składa się z warstwy wyspecjalizowanych komórek śródbłonka, które kontrolują przejście cząsteczek do tkanki mózgowej i zapobiegają przedostawaniu się wielu cząsteczek w celu utrzymania centralnego układu nerwowego (OUN) w stanie stacjonarnym.

Opracowano różne techniki penetracji BBB. Techniki inwazyjne opierają się na fizycznym naruszeniu BBB przy użyciu technik takich jak ultradźwięki, osmotyka lub obróbka chemiczna. Z drugiej strony techniki nieinwazyjne nie zakłócają integralności BBB, ale wykorzystują środki chemiczne, które są w stanie przekroczyć BBB [127]. Obrazowanie pozwala na obserwację cech mózgu bez inwazyjnych procedur.

Nowsze osiągnięcia w obrazowaniu mózgu umożliwiają badanie dynamicznych wzorców połączeń między różnymi regionami, które są ważne dla uczenia się i zapamiętywania. Obrazy mózgu dostarczają informacji o chorobach związanych z mózgiem i można je tworzyć różnymi technikami, w tym obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego (MRI), funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI) i pozytonową tomografią emisyjną (PET) [128].

MRI jest skuteczną techniką pozwalającą na uzyskanie nieinwazyjnych, trójwymiarowych obrazów żywych organizmów. Aby zapewnić kontrast obrazu, stosuje się środki kontrastowe, zwykle oparte na kompleksach gadolinu (Gd3+). DOPTA-Gd, być może pierwszy specyficzny środek kontrastowy do rezonansu magnetycznego, reaguje na Ca2+ zmianą sygnału T1 na sygnał MRI charakteryzujący się Gdrelaksacją. Chociaż od tego czasu opracowano inne jonospecyficzne środki kontrastowe [129], są one nadal dostępne i istnieje zapotrzebowanie na więcej środków kontrastowych, które umożliwią obrazowanie małych cząsteczek.

Relaksacyjność T1 Gd zmienia się wraz z czasem korelacji rotacyjnej, który jest funkcją masy cząsteczkowej cząsteczki połączonej z Gd. Aptamery kwasu nukleinowego mają potencjał do wykorzystania w tym celu, ponieważ hybrydyzacja z dopełniaczem może zostać zmieniona przez wiązanie celu aptameru.

Przykładowo aptamer adenozyny połączono ze streptawidyną i hybrydyzowano z krótszym komplementarnym oligonukleotydem, który był połączony z Gd. W obecności adenozyny aptamer ponownie sfałdował się wokół swojego miejsca docelowego i oddzielił się od komplementarnego Gd-oligonukleotydu.

Zatem Gd przesunął się z związku z dużą cząsteczką (~70 kDa) na małą (~4 kDa) cząsteczką, co spowodowało zmniejszenie relaksacyjności i w konsekwencji wzrost T1 [130].

For more information:1950477648nn@gmail.com